一种抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点及制作方法与流程

本发明属于对既有建筑加固改造领域，特别涉及一种抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点及制作方法。

技术背景

钢筋混凝土(rc)框架结构，是工业与民用建筑工程中最常用的结构形式之一，提高其抗震能力，对有效减轻震害具有重要的现实意义。rc框架结构的节点核心区在水平地震作用下所受剪力可高达相邻柱剪力的4-6倍，易发生剪切破坏，对于外立面框架节点更甚。按早期规范设计的诸多rc框架节点抗震能力不足，亟需加固提升。

目前，对于rc框架节点的抗震加固，常用的加固方法主要有混凝土加大截面、外包型钢和粘贴纤维复合材等。混凝土加大截面方法费力费时，且对办公环境影响较大；外包型钢、外贴纤维复合材等方法快捷方便，但存在空间节点适用性不强的问题，且后者普遍存在加载后期剥离破坏问题。

技术实现要素：

本发明提供一种抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点及制作方法，通过在节点核心区及其相邻梁端的混凝土保护层中开凿槽道，埋入纤维复合材板条，并使用u形刚性套箍对板条端部的梁截面进行约束，可实现梁端塑性铰外移，从而提升节点的抗震能力。本发明方法克服了传统加固方法的诸多不足，具有施工便捷、绿色环保、安全性高及耐久性好等优势，对于加固rc框架外立面节点具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案如下：

一种抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点，包括在节点核心区及其相邻梁端的混凝土保护层中开凿的槽道、埋入所述槽道内的纤维复合材板条，以及安装于板条端部的梁截面的u形刚性套箍。

在优选实施方式中，所述板条的数量、长度和截面尺寸如下：

所述板条的长度，取核心区柱宽b加延伸入相邻梁端的长度lf，延伸长度为200mm～梁有效高度；

所述板条截面选用矩形，其宽度bf取12～16mm，总厚度tf取6～10mm，单根薄板条厚度不满足时，利用结构胶粘贴多根薄板条得到纤维复合材板条。

在优选实施方式中，所述的槽道设置方式为：沿着梁轴线开凿一道槽道，其余槽道平行布置，槽道中心线沿梁高方向，槽道之间间距取80～100mm。

在优选实施方式中，所述的槽道尺寸如下：槽道长度取板条长度；槽道深度取板条宽度bf的1.5倍；槽道宽度取板条厚度2tf和(tf+6mm)的较大者。

在优选实施方式中，所述的u形刚性套箍的底边内侧净长等于梁宽，侧面高度等于梁腹板高；截面宽度取30～40mm，厚度取2～3mm；所述的u形刚性套箍开口位置处预留孔洞，直径8～12mm，孔洞位置避开钢筋、板条位置；在梁体相应位置用电钻打直径相同的对穿孔，用于安装对拉螺栓。

一种抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点的制作方法，为：在节点核心区及其相邻梁端的混凝土保护层中开凿槽道，并埋入纤维复合材板条，同时，还使用u形刚性套箍对板条端部的梁截面进行约束。

上述的抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点的制作方法，优选包括以下步骤：

(1)纤维复合材板条制作

具体地，根据待加固节点尺寸及配筋情况，确定所需纤维复合材板条数量、长度和截面尺寸；在单根薄板条厚度不满足时，利用结构胶互相粘贴多根薄板条制作纤维复合材板条；

(2)开凿槽道

具体地，根据板条数量及尺寸，确定槽道尺寸和布置方案，在节点核心区及其相邻梁端的混凝土保护层中开凿槽道；

(3)安装纤维复合材板条

具体地，首先将槽道内壁凿毛，以便混凝土与胶体充分咬合，清尽浮灰等杂质，然后通过结构胶，将纤维复合材板条居中装入槽道，并使结构胶充满整条槽道；

(4)安装u形刚性套箍(u形箍)

具体地，在板条端部安装u形箍，u形箍开口位置处预留孔洞，在梁体相应位置用电钻打直径相同的对穿孔，采用相应直径的对拉螺栓机械锚固u形箍。

优选地，在步骤(1)中，所述纤维复合材板条的长度及截面尺寸根据待加固节点的尺寸及配筋情况确定如下：

所述板条的长度，取核心区柱宽b加延伸入相邻梁端的长度lf，延伸长度根据计算确定，一般为200mm～梁的有效高度；

所述板条截面优先选用矩形，其宽度bf取12～16mm，总厚度tf取6～10mm，单根薄板条厚度不满足时，利用结构胶粘贴多根薄板条而成。

优选地，在步骤(2)中，所述的槽道设置多条，其中，沿着梁的轴线开凿一条槽道，其余槽道平行布置，槽道中心线间距取80～100mm。

所述的槽道尺寸确定如下：槽道长度取板条长度；槽道深度取板条宽度bf的1.5倍；槽道宽度取板条厚度2tf和(tf+6mm)中的较大者。

优选地，在步骤(3)中，将板条宽度沿着槽道深度方向，通过结构胶，居中装入槽道。

优选地，在步骤(4)中，u形箍安装于板条端部的梁截面，并利用对拉螺栓对u形箍开口处进行封口。

所述的u形刚性套箍的材质使用不锈钢，或其他防腐处理后的高强钢材。

所述的u形箍的底边内侧净长等于梁宽，侧面高度等于梁腹板高；截面宽度取30～40mm，厚度取2～3mm。

所述的u形箍开口位置处预留孔洞，直径8～12mm，孔洞位置避开钢筋、板条位置；在梁体相应位置用电钻打直径相同的对穿孔，用于安装对拉螺栓。

在本发明中，所述纤维复合材推荐使用碳纤维，也可使用其他纤维材料，如玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维，但需保证强度、耐久性等要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的一种抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点及制作方法，针对传统节点加固方式的缺陷，通过在节点核心区及相邻梁端保护层开凿槽道并安装纤维复合材板条，并在板条端部的梁截面安装u形刚性套箍，增大了节点强度、刚度以及耐久性，提高了节点整体抗震性能；

2、本发明方法采用在混凝土节点保护层开凿槽道并安装纤维复合材板条，结合在板条端部的梁截面安装u形刚性套箍的方式，可用于加固各类外立面框架节点，适用范围广，具有施工便捷、安全性高且耐久性好等优点，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的单根纤维复合材薄板条示意图；

图2为本发明实施例1的多根粘贴式纤维复合材板条示意图；

图3为本发明实施例1的十字形节点成槽后的示意图；

图4-a为本发明实施例1的十字形节点板条安装后的示意图；

图4-b为本发明实施例1的十字形节点加固后的梁截面示意图；

图5-a为本发明实施例1的u形箍示意图；

图5-b为本发明实施例1的对拉螺栓示意图；

图6为本发明实施例1的十字形节点加固后整体示意图；

图中标号含义如下：

1-单根薄板条；2-板条；3-柱；4-梁；5-槽道；6-u形箍上预留孔；7-u形箍。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

本发明的一种抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点及制作方法，即在节点核心区及周边梁端凿取槽道并埋入纤维复合材板条，最后对板条端部采用u形箍机械锚固，对应于此加固措施的施工方法分为以下几个步骤：

(1)制作纤维复合材板条

本发明的纤维复合材优选碳纤维，但本发明并不局限于此，亦可使用其他纤维材料，如玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维，但需保证强度、施工和易性、耐久性等要求。

确定板条尺寸：根据待加固节点尺寸及配筋情况，确定板条长度和截面尺寸。在本发明中，节点可能是十字形节点(请参考图2～图6)，也可能是t形节点，本发明对此不做限制，因此，纤维复合材板沿梁轴线方向的长度也分为两种情况：

当节点为十字形节点时，纤维复合材板沿梁轴线方向的长度，为十字形节点核心区宽加两倍延伸入相邻梁端的长度lf，延伸长度一般为200mm～梁有效高度；当节点为t形节点时，纤维复合材板沿梁轴线方向的长度，为t字形节点核心区宽加一倍延伸入相邻梁端的长度lf，延伸长度一般为200mm～梁有效高度。

所述板条截面优先选用矩形，其宽度bf取12～16mm，总厚度tf取6～10mm，单根薄板条厚度不满足时，可利用结构胶粘贴多根薄板条而成；

板条制作：根据所需板条尺寸裁剪相应长度的细薄板条，在细薄板条表面涂覆结构胶，经过多根细薄板条相互粘贴，制得所需厚度的纤维复合材板条；

(2)开凿槽道

确定槽道布置方案：根据板条数量，确定槽道数量，其中，沿梁轴线布置一条槽道，其余槽道平行布置，槽道中心线间距取80～100mm。

确定槽道尺寸：槽道长度取板条长度；槽道深度取板条宽度bf的1.5倍；槽道宽度取板条厚度2tf和(tf+6mm)之间的较大者。板条宽度与槽道深度方向一致。

开凿槽道：先通过人工定位锁定开槽道位置，再用切割机及相关工具进行开凿，并将槽道内壁凿毛，以便混凝土与胶体充分咬合；

清理槽道：先用气泵清尽碎石、浮灰，再使用清水反复冲洗槽道内壁，尤其是内壁凹凸不平处，完全清尽浮灰至水干即可；

(3)安装纤维复合材板条

先在槽内注入所需结构胶体的2/3体积，然后将板条居中插入槽道(板条宽度沿槽道深度方向)。再注入剩余结构胶，使其充满整条槽道，最后用刮铲抹去多余胶；

(4)安装u形钢套箍

在步骤(4)中，u形钢套箍安装于板条端部的梁截面，并利用对拉螺栓对u形钢套箍开口处进行封口。

确定u形钢套箍尺寸：所述的u形箍的底边内侧净长等于梁宽，侧面高度等于梁腹板高；截面宽度取30～40mm，厚度取2～3mm；u形钢套箍开口位置处预留孔洞，直径8～12mm，孔洞位置避开钢筋、板条。

安装u形钢套箍：将u形钢套箍自梁底端套入，根据u形钢套箍上预留孔位置，在梁体相应位置用电钻打直径相同的对穿孔，并安装对拉螺栓。

为了更好的说明和理解本发明，下方通过实施例1并结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

以某框架外立面中的十字形节点为例，其柱3截面尺寸为400×400mm，梁4截面尺寸为250×400mm，梁4、柱3的外立面平齐，此节点核心区配箍率不满足现行规范要求，抗震性能差。

如图1、2所示，根据待加固节点尺寸及配筋情况，确定需要六根板条2，每根板条2的截面面积为160平方毫米。单根薄板条1的截面厚2mm、宽16mm，则取板条2截面宽16mm，厚10mm(五根2mm厚的细薄板条1粘贴制得)，长900mm。

如图3、4所示，六根板条，要求开凿六条槽道5，每侧布置三条槽道5，槽道5距离梁翼缘100mm，槽道间距也为100mm，每侧伸入梁端250mm。槽道5尺寸长900mm，深24mm，宽20mm。用切割机等相关工具开凿槽道，并将槽道内壁凿毛，并清理干净。

如图4-a、4-b所示，先在槽道5内注入所需结构胶体的2/3体积，然后将纤维复合材板条2居中插入槽道(板条宽度沿槽道深度方向)，再在空隙位置补满结构胶至整条槽道完全填充，最后用刮铲抹去多余结构胶。

如图5-a、5-b和图6所示，u形箍7安装位置为板条端部，自梁底端套入，根据u形箍上预留孔6位标记梁上对穿孔位，u形箍7预留孔直径为12mm；取下u形箍，使用电钻在梁上钻打相应直径的对穿孔，再用高压气泵吹尽孔内碎渣浮灰；最后套上u形箍，采用直径12mm的对拉螺栓8进行机械对拉锚固。

图6即为本实施例1框架外立面中节点(十字形节点)加固后的整体效果示意图。

本发明及上述实施例提供的抗震能力提升的钢筋混凝土框架节点及制作方法，针对传统节点加固方式的缺陷，通过在节点核心区及相邻梁端保护层安装纤维复合材板条，并在所述板条端部的梁截面的安装u形刚性套箍，增大了节点强度、刚度以及耐久性，提高了节点整体抗震性能。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。